The adsorption mechanism of alkynol corrosion inhibitors on steel : quantum chemical calculations with WIEN2k

Abstract

In der vorliegenden Masterarbeit werden die elektronischen Wechselwirkungen eines bekannten Korrosionsinhibitormoleküls mit einer Metalloberfläche mittels Dichtefunktionaltheorie (DFT) modelliert. Unter Berücksichtigung von vereinfachten Modellannahmen wie einer Temperatur von 0 K, perfekte Oberfläche und Vakuum wird der Adsorptionsmechanismus von Alkinolen an einer Eisenoberfläche beschrieben, und die resultierenden Adsorptionsenergien werden miteinander verglichen. Die Ergebnisse werden durch Analyse der Bindungslängen, der Bindungswinkel und der elektronischen Struktur des Adsorbaten und der Eisen-Oberfläche erhalten. Sowohl geometrische Eigenschaften der adsorbierten Moleküle als auch das Vorliegen von elektronischen Zuständen mit [pi]-Charakter lassen auf partiell ungesättigte Bindungen im adsorbierten Molekül schließen. Aufgrund der chemischen Veränderung des Adsorbaten und der hohen Adsorptionsenergien spricht man von einer Chemisorption. In weiteren Berechnungen wird die mögliche Stabilisierung einer Monolage des adsorbierten Moleküls, einerseits intermolekular, andererseits über ein als Brücke wirkendes Wassermolekül untersucht. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass mittels DFT die Adsorption auch relativ komplexer organischer Moleküle an Metalloberflächen modelliert werden kann.

The present master thesis models the electronic interaction of a known corrosion inhibitor molecule with a metal surface in a density functional theory (DFT) approach. Considering simplifying model assumptions like a temperature of 0 K, a perfect surface and a vacuum region, the adsorption mechanism of alkynols to the steel surface is resolved and the calculated adsorption energies are compared. The results are obtained from analysis of bond angles and distances, as well as the electronic structure of the adsorbate and the iron surface. Both the geometric properties and the presence of [pi]-character electronic states indicate a reduced double bond character of the adsorbed molecule. The mechanism can be classified as chemisorption, due to the chemical change of the adsorbate and the high adsorption energies.<br />Further investigations on the possible stabilisation of an adsorbed molecular monolayer via intermolecular interactions on the one hand, and via a bridging water molecule on the other hand, were performed. All in all, the possibility of modelling the adsorption of relatively complex organic molecules on a metal surface was shown.